上海市生活垃圾处理碳排放变化驱动因素研究_邹灿.pdf

2023NO3.ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK收稿日期：2023-02-01项目来源：上海市绿化和市容管理局科学技术项目“生活垃圾处理技术碳减排能力分析”（G229908）；上海城投（集团）有限公司科技创新计划“基于双碳战略的环境板块可持续发展路径研究”（CTKY-ZDZX-2022-004）作者简介：邹灿（1993），男，博士，工程师，研究方向为环境管理。上海市生活垃圾处理碳排放变化驱动因素研究邹灿1，2（1上海环境卫生工程设计院有限公司上海2002322上海市环境工程设计科学研究院有限公司上海200232）摘要固体废弃物处理是全球温室气体排放第四大排放源，做好固废处理温室气体核算与控制工作，对全国整体碳减排将有重要意义。利用改进的Kaya恒等式和LMDI加和分解法，对影响上海市生活垃圾处理碳排放变化的驱动因素进行研究。结果显示20102020年上海市生活垃圾处理每年碳排放量呈现先下降、后增长趋势，但在多个生活垃圾处理碳排放变化驱动因素影响下，碳排放逐年变化量呈现波动。各驱动因素中，人均经济产出效应对碳排放增加的贡献率最大，而单位GDP碳排放强度有最强的负向驱动效应，有效抑制了碳排放增长。综合考虑生活垃圾处理碳排放强度和生活垃圾处理结构强度等其他因素，提出在源头分类环节提升垃圾回收利用率，在末端处置环节优化废弃物处理方式等对策。关键词生活垃圾处理碳排放驱动因素Kaya恒等式中图分类号：X22文献标识码：A文章编号：1672-9064(2023)03025040引言2020年9月，国家主席习近平在联合国大会上提出我国将于2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和的目标。“双碳”战略是引导我国未来几十年能源和产业结构转型的重大战略，碳减排策略研究对“3060”目标实现具有重要意义。根据住建部环境卫生工程技术研究中心的结论，固体废弃物处理是全球温室气体排放第四大排放源，约占3%。通过填埋、焚烧和堆肥方式，固废处理处置将产生CO2、CH4、NOx等温室气体，其中CH4和NOx相较于CO2有更高的增温潜势1。在我国城市化发展迅猛、生活垃圾产生量激增的背景下，无论从碳排放量占比或是增温潜势值特性角度分析，做好固废处理领域的温室气体核算与控制工作，对全国整体碳减排具有重要意义。为提升对固废处理温室气体减排研究的科学性和可行性，国内外各机构和学者分别从碳排放核算及主要影响因素分析等方面开展研究，并形成了相关研究成果2。一方面，目前国内外针对不同层级对象的碳排放核算方法框架体系已初步建立。例如，由联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）编制的国家温室气体清单指南给出了面向行业的填埋、焚烧、厌氧、堆肥工艺的直接碳排放核算方法3；国家发改委牵头编制省级温室气体清单编制指南，将废弃物处理温室气体排放源概括为填埋、焚烧处理，生活污水、工业废水处理等方面4。另一方面，对温室气体排放影响因素分解研究较早且应用较广的是Kaya模型，模型通过分解因式的方法将人口、经济发展等多种碳排放因素与温室气体排放建立相应关系5。以上研究为掌握废弃物处理碳排放量变化特征及影响因素，从而针对性地制定管理控制措施提供了有效支撑。1研究区域根据20102020年上海市绿化市容统计年鉴，上海市生活垃圾产量的年均复合增长率4.20%，其中“十三五”期间复合增长率为7.05%。在垃圾量逐年增长的情况下，上海市实现了垃圾全程分类管理的2个转型。源头分类从试点推广到全面强制的转型，自2019年上海市生活垃圾管理条例实施以来，源头分类质量显著提升。生活垃圾呈现“三增一减”（干垃圾减少，其他三类垃圾增加）趋势，干湿垃圾保持6.53.5的较合理比例6。末端处理从填埋到焚烧的转型，目前上海生活垃圾末端处理能力稳步提升。干垃圾焚烧设施已建成14座，处理能力2.3万t/d；在建2座，处理能力6 000 t/d。湿垃圾处理能力方面，已建成湿垃圾集中设施10座，处理能力6 380 t/d。由此，上海市基于垃圾全程分类下的可回收物精细化管理、干垃圾焚烧发电及湿垃圾资源化利用等实践，为生活垃圾处理系统低碳转型提供了研究基础和实践契机。2研究方法2.1碳排放核算根据省级温室气体清单编制指南，生活垃圾处理排放清单包括生活垃圾填埋处理产生的CH4排放量，焚烧处理产生的CO2排放量，以及渗滤液等污水处理产生的CH4和NOx排放量。2.1.1焚烧生活垃圾焚烧处理的CO2排放量采用 省级温室气体清单编制指南推荐的估算公式进行测算，同时参考了IPCC方法中对FCF的计算方法和其不同废弃物成分中缺省的总碳和化石碳比例。计算公式如式（1）所示。研 究 与 探 讨252023NO3ISSN 1672-9064CN 35-1272/TKECO2=IWCCWFCFEF44/12（1）式中：ECO2为垃圾焚烧处理的二氧化碳排放量；IW为垃圾焚烧量；CCW为垃圾中碳含量；FCF为垃圾中矿物碳占碳总量的比例；EF为燃烧效率。2.1.2填埋城市生活垃圾填埋处理排放的CH4量参考 省级温室气体清单编制指南中的质量平衡法进行测算，该方法假设所有潜在的CH4均在处理当年就全部排放完，产生的CH4量折算成CO2当量，计算公式如式（2）和（3）所示。ECH4=（MSWTMSWFL0-R）（1-OX）（2）L0=MCFDOCDOCFf16/12（3）式中：ECH4为CH4排放量；MSWT为垃圾产生量；MSWF为填埋处理率；L0为CH4产生潜力，即CH4产生量占垃圾的比例；R为CH4回收量；OX为氧化因子；MCF为CH4修正因子；DOC为可降解有机碳产生量占同体废物的比例；DOCF为可分解的DOC占比；f为垃圾填埋气中的CH4占比。2.1.3湿垃圾处理湿垃圾处理碳排放包括堆肥处理、厌氧处理及污水处理等。计算公式如式（4）和（5）所示。ECH4=MiEFi-R（4）EN2O=MiEFi（5）式中：ECH4和EN2O分别为CH4和N2O排放量；i为堆肥处理、厌氧分解和污水处理；Mi为生物处理类型i处理的有机废弃物质量，即为处理废弃物产生的CH4和N2O；EFi为处理类型i的排放因子；R为回收的CH4总量。2.1.4碳排放当量核算对各温室气体的排放量，按照IPCC方法学中给出的增温潜势值，转换为CO2当量进行统计。2.2驱动因素分析对碳排放总量影响因素进行分析，量化各因素对碳排放的贡献。Kaya基于EHRLICH等7构建的指数分解法提出了kaya恒等式，从社会、经济、能源、排放等角度考量温室气体排放量变化的影响因素。本次研究在原公式基础上，考虑了固废的不同处理方式影响，增加生活垃圾处理结构强度因素构建等式，计算公式如式（6）所示。GHGwaste=3i=1GHGwasteGitGitGtGtGDPtGDPtPtPt=3i=1CFitWSitWIitYtPt（6）式中：GHGwaste表示生活垃圾处理碳排放量；i为城市生活垃圾处置方式，包括焚烧、填埋和湿垃圾处理等；t为年份；G为生活垃圾处理量；CFit为生活垃圾处理碳排放强度（以CO2计）；WSit为生活垃圾处理结构强度；WIt为单位GDP生活垃圾排放强度；Yt为人均GDP产出；Pt为人口规模。在时间跨度段t-1，t内，设GHGwaste为碳排放变化量，CF、WS、WI、Y、P分别为CFt、WSt、WIt、Yt、Pt对GHGwaste的贡献，利用LMDI（对数平均迪氏指数法）加和分解法得到公式，具体如式（7）（11）所示。综上，可得城市生活垃圾处理碳排放因素分解加法形式的修正恒等式，具体如式（12）所示。GHGtwaste=CF+WS+WI+Y+P（12）各因素对城市生活垃圾碳排放变化量GHGwaste的贡献率分别为CFtGHGtwaste、WStGHGtwaste、WItGHGtwaste、YtGHGtwaste、PtGHGtwaste。3研究数据根据上海市绿化市容统计年鉴，获取20102020年上海市生活垃圾处理碳排放量核算所需的生活垃圾处理量、处理工艺等数据；根据 上海统计年鉴（20102020）8，获取GDP及人口等社会经济数据；碳排放核算中所需的排放因子采用省级温室气体清单编制指南中的推荐值，核算得到最终碳排放量。具体数据如表1所示。4研究结果计算得到20102020年期间上海市生活垃圾处理碳排放各分解因素贡献值及贡献率。促使上海市生活垃圾处理碳排放总量变化的影响因素包括人均经济产出（Y）、人口数量（P）、生活垃圾处理碳排放强度（CF）、生活垃圾处理结构强度（WS）和单位GDP生活垃圾排放强度（WI）。根据表2和表3结果，对人均经济产出（Y）、人口数量（P）、生活垃圾处理碳排放强度（CF）、生活垃圾处理结构强度（WS）、单位GDP生活垃圾排放强度（WI）进行分类，按照对城市生活垃圾碳排放变化的促进或抑制作用，主要分为增排因素、波动因素与减排因素。（1）增排因素。人均经济产出效应（Y）对上海市生活垃圾书书书 （）（）（）（）（）书书书表 摇垃圾处理碳排放量核算基础数据年份碳排放量万 垃圾量万 百亿元人口百万研 究 与 探 讨262023NO3.ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK（下转第44页）书书书表 摇生活垃圾处理碳排放各分解因素贡献率年限总贡献率增排因素波动因素减排因素 均值 书书书表 摇生活垃圾处理碳排放各分解因素贡献值单位：万 年限 处理碳排放贡献最大，其次是人口规模效应（P）。结果表明城市生活垃圾处理碳排放量的增加在很大程度上源于人均经济产出和人口数量增加的驱动作用，原因是随着经济增长和人口数量增加，驱动社会生产和居民消费能力增长，同时伴随生活垃圾产出量增加，进而影响碳排放。（2）波动因素。生活垃圾处理碳排放强度（CF）因素存在一定波动性。主要是由于采用焚烧工艺替代填埋、同时加强填埋气收集，因此单位垃圾产生的碳排放对减碳具有驱动作用。但由于2017年以来，垃圾中橡塑类等含量逐年增高，碳排放总量、吨垃圾处理碳排放量又开始有升高趋势，因此生活垃圾处理碳排放强度这一因素成为了影响生活垃圾处理碳排放的波动因素。（3）减排因素。生活垃圾处理结构强度（WS）和单位GDP生活垃圾排放强度（WI）在上海市生活垃圾处理碳减排中发挥重要作用。原因是上海市焚烧工艺替代填埋及加强湿垃圾资源化利用等，生活垃圾处理结构强度对碳减排作用较大。另一方面，受GDP及垃圾产生量相对增速影响，单位GDP生活垃圾碳排放强度与生活垃圾处理碳排放量呈负向变化，总体对碳排放起到抑制作用。5结论（1）20102020年，上海市生活垃圾处理碳排放量变化趋势分为3个区间，总碳排放量在20102014年呈减少趋势，20142017年呈波动趋势，20172020年呈增加趋势。主要是由于上海市采用焚烧工艺替代了填埋，同时加强了填埋气收集，因此虽然垃圾处理量并未显著减少甚至逐年增加，但2014年以来碳排放反而出现了下降趋势；而由于随着垃圾中橡塑类含量逐年增高，碳排放总量、吨垃圾处理碳排放量又开始逐年升高。（2）20102020年，上海市生活垃圾处理碳排放量有波动增长的趋势，人均经济产出（Y）和人口数量（P）对碳排放存在促进效应，其中Y贡献最大，其次是P；生活垃圾处理结构强度（WS）和单位GDP生活垃圾排放强度（WI）在上海市生活垃圾处理碳排放量减少方面发挥了重要的作用，其中WI减排作用更大；生活垃圾处理碳排放强度（CF）对生活垃圾处理碳排放量变化（GHGwaste）影响出现波动趋势，波动规律与生活垃圾处理碳排放量变化趋势基本一致，主要受垃圾组分和处理方式影响。（3）针对上述影响生活垃圾处理碳排放量变化情况因素分析，对上海市生活垃圾处理行业提出政策建议。一方面继续发挥减排因素的碳排放抑制效应：在城市人口趋于稳定的情况下，考虑减少人均垃圾产生量和处理量，如持续推进垃圾分类长效管理；完善点站场回收体系，提高生活垃圾回收利用率，减少垃圾源头产生量和最终进入末端设施的垃圾量。另一方面控制增排因素的影响，在末端环节进一步优化生活垃圾处理处置结构，推动园区化发展和减污降碳协同增效，最终有效控制生活垃圾